計算機(jī)基本概念

第1章計算機(jī)基礎(chǔ)知識

01?］計算機(jī)基本概念

2計算機(jī)系統(tǒng)的組成

。1.3信息編碼

OL4微型計算機(jī)的硬件組成

1.1計算機(jī)基本概念

CQ1.1.1計算機(jī)的發(fā)展

Ml.1.2計算機(jī)的分類

Ml.1.3計算機(jī)的主要特點

CQ1.1.4計算機(jī)的主要用途

電子計算機(jī)是一種能夠按照人們的意愿，自動、高速、

精確地處理信息的電子設(shè)備。

早期計算機(jī)：只用來進(jìn)行數(shù)值計算。

現(xiàn)代計算機(jī)：除了用來進(jìn)行一般的數(shù)值計算之外，還可以進(jìn)

行數(shù)據(jù)的處理，如對圖形、文字、數(shù)據(jù)、聲、

光、電等各種信息進(jìn)行計算和邏輯判斷，除此

之外，它還具有記憶和自動控制能力，能完成

人腦的一部分工作，因此，也有人稱其為“電

腦”。

?什么是計算機(jī)?

計算機(jī)是一種以電子器件為基礎(chǔ)的，不需要人的直接干預(yù)，能

夠?qū)Ω鞣N數(shù)字化信息講行算術(shù)和邏輯運算的快諫工具。

一、電子計算機(jī)的誕生

,1946年2月史美國賓夕法尼亞大學(xué)正式推出世界上第一臺電子女喜

機(jī)----ENIAC（ElectronicNumericalIntegratorAndCalculator,電子數(shù)

字積分計算機(jī)）。

特點：ENIAC是一個龐然大物，它有18000個電子管，6000個繼電

r器，耗電150千瓦/小時，運算速度5000次/每秒，占地170平方米，重

30噸，造價約1千萬美元。

與現(xiàn)代計算機(jī)相比，ENIAC運算速度慢，可靠性差，體積大，價格昂貴。

最初用途:為軍事服務(wù)。

根據(jù)電子計算機(jī)所采用的物理器件，到目前為止

共劃分為以下幾個時代：

(1)電子管時代；(2)晶體管時代；

⑶中小集成電路時代;(4)大規(guī)模集成電路時代。

(5)(未來)：人工智能時代。

計算機(jī)的發(fā)展方向：巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、

多媒體化。

計算機(jī)發(fā)展的五個階段

代次時間電子元件軟件運算速度應(yīng)用領(lǐng)域

第一代1946?電子管匯編語言、5千?3萬次國防及高

1957代碼程序/秒科技

第二代1958?晶體管高級語言數(shù)十萬?幾工程設(shè)計、

1964多道程序設(shè)計十萬次/秒數(shù)據(jù)處理

第三代1965?中小規(guī)模操作系統(tǒng)、會數(shù)百萬?幾工業(yè)控制、

1970集成電路話式語言千萬次/秒數(shù)據(jù)處理

第四代1971?大、超大面向?qū)ο笳Z言上億次/秒工業(yè)、生

人

規(guī)模集成網(wǎng)絡(luò)軟件活等各各

電路方面

數(shù)據(jù)庫軟件

第五代未來人工智能

三、電子計算機(jī)的分類

1、根據(jù)處理數(shù)據(jù)的方式分類：

可將計算機(jī)分為電子數(shù)字計算機(jī)、電子模擬計算

機(jī)和數(shù)模混合計算機(jī)三類。

2、根據(jù)計算機(jī)使用范圍分類：

可將計算機(jī)分為通用計算機(jī)和專用計算機(jī)兩類。

3、根據(jù)計算機(jī)的規(guī)模和處理能力分類：

計算機(jī)的規(guī)模和處理能力主要是指其體積、字長、

運算速度、存儲容量、輸入輸出能力等主要技術(shù)

指標(biāo)。

可將計算機(jī)分為巨型機(jī)、大中型機(jī)、小型機(jī)、微

型機(jī)、工作站和服務(wù)器等。

四、計算機(jī)的主要特點:

1.自動控制能力

計算機(jī)內(nèi)部的操作運算，都是自動控制進(jìn)行的，用戶

只需要將運算式子或程序輸入計算機(jī)，計算機(jī)就會在程序的

控制下自動運行，完成計算，輸出結(jié)果。

2.高速運算的能力

3.具有存儲記憶能力

能夠借助存儲器存儲大量的數(shù)據(jù)。

4.高精確度和可靠度

精確度可達(dá)十幾位，甚至幾十位有效數(shù)字。

5.具有邏輯判斷能力

計算機(jī)能夠進(jìn)行邏輯判斷，從而完成分類、合并、比

較、排序、檢索等數(shù)據(jù)處理工作。如判斷5>4是否成立，成

立為真(T),不成立為假(F)o

6.通用性強

可編程性強，原因之一

五、計算機(jī)的主要用途

1、科學(xué)計算（數(shù)值計算）

2、數(shù)據(jù)處理（信息處理）

數(shù)據(jù)處理是指：計算機(jī)對大量的數(shù)據(jù)、資料、情報等信

息進(jìn)行合并、分類、排序、分析、檢索等加工處理。

3、自動控制（工業(yè)自動化）

自動控制是指：計算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中于其它儀器、機(jī)械

部件組成的對生產(chǎn)過程或試驗過程進(jìn)行實時控制和自動檢

測的系統(tǒng)。

4、計算機(jī)輔助系統(tǒng)

計算機(jī)輔助系統(tǒng)是指：以人為主、計算機(jī)為輔

共同完成某項作業(yè)的人機(jī)系統(tǒng)，有以下幾個方面

組成：

?計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）

?計算機(jī)輔助制造（CAM）

?計算機(jī)輔助教學(xué)（CAD

?計算機(jī)輔助工程（CAE）

?計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）

5、人工智能

人工智能是指：利用計算機(jī)模擬人的某些智力

活動，進(jìn)行思維、推斷、推理。

6、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用計算機(jī)技術(shù)和通信技

術(shù)把分布在不同地理位置的計算機(jī)系統(tǒng)用數(shù)

據(jù)通信線路互聯(lián)而成的系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中計

算機(jī)軟件、硬件、數(shù)據(jù)資源的共享，更加有

效的提高計算機(jī)的使用效率。

7、多媒體計算機(jī)系統(tǒng)

多媒體技術(shù)是將聲音、圖像、圖形、動

畫、視頻等多媒體信息集計算機(jī)、通信、人

機(jī)對話等技術(shù)于一體。

信息的基本概念

信息經(jīng)過轉(zhuǎn)化而成為計算機(jī)能夠處理的

數(shù)據(jù)。

信息實際上是指經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)。

1.2計算機(jī)系統(tǒng)的基本組成

計算機(jī)由硬件系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)組成：

?硬件系統(tǒng)：是構(gòu)成計算機(jī)的物理裝置，或有形的

物理實體，又稱硬件或硬設(shè)備。

?軟件系統(tǒng)：是指揮和使用計算機(jī)，使計算機(jī)硬件

系統(tǒng)進(jìn)行工作的各種程序、數(shù)據(jù)組成

的指令集合，又稱軟件或軟設(shè)備。

關(guān)系：硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)相輔相成缺一不可,

硬件是軀體，軟件是靈魂和頭腦。

控制器

微處理器（CPU）

器

CI,-I總線系統(tǒng)

機(jī)

內(nèi)存儲器（內(nèi)存）

硬

件只讀存儲器（ROM）

系軟盤

統(tǒng)■外存儲器（外存）

一

光盤

鍵盤

外

|輸入設(shè)備（Input）鼠標(biāo)

設(shè)

掃描儀

顯示器、投影機(jī)

打印機(jī)

I繪圖儀］

軟用戶程序

1.2.1計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1.馮?諾依曼型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1945年美籍匈牙利科學(xué)家馮?諾依曼(VonNeumann)提

出了一個“存儲程序”的計算機(jī)方案。這個方案包含3個

要點：

⑴采用二進(jìn)制數(shù)的形式表示數(shù)據(jù)和指令。

⑵將指令和數(shù)據(jù)存放在存儲器中。

⑶計算機(jī)硬件由控制器、運算器、存儲器、輸入設(shè)備和輸

出設(shè)備5大部分組成。

其工作原理的核心是“程序存儲”和“程序控制”，

就是通常所說的“順序存儲程序”概念。我們把按照這一

原理設(shè)計的計算機(jī)稱為“馮?諾依曼型計算機(jī)”。

馮?諾依曼型計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

2.微處理器CPU

運算器和控制器合稱為中央處理器，即CPU。

是計算機(jī)中最關(guān)鍵的部件，它由控制器、運算器、寄存器

組和輔助部件組成。

運算器：用來進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算的元件。

控制器：從存儲器中取出指令、分析指令、確定指令

類型并對指令進(jìn)行譯碼，負(fù)責(zé)向其他各部件發(fā)出控制信號。

寄存器：用來存放當(dāng)前運算所需的各種操作數(shù)、地址

信息、中間結(jié)果等內(nèi)容。

3.存儲器：是存放程序、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果

的裝置。分獅南踹H圃8W露的種。

注：

?內(nèi)存儲器又叫主存儲器，分為ROM和RAM兩種。

ROM：只讀存儲器，只能讀出不能寫入，斷電后信息

不丟失。

RAM:隨機(jī)存儲器，既能讀出也能寫入，斷電后信息丟

失。

存儲器

存儲器是存放程序、原始數(shù)據(jù)、中間結(jié)果、最終結(jié)果的

裝置。計算機(jī)的記憶部件。

存儲器Y主存儲器（內(nèi)存）

1輔助存儲器（外存）

隨機(jī)存儲器RAM

內(nèi)存Y

只讀存儲器ROM

ROM存放固定不變的程序、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)軟件；其

中的信息只能讀出不能寫入；斷電后信息不會丟失。

RAM是一種讀寫存儲器，其內(nèi)容可以隨時根據(jù)需

要讀出或?qū)懭?；斷電后信息丟失。

關(guān)于存儲的幾個重要

舸今

位：是計算機(jī)中存儲數(shù)據(jù)的最小單位。指二進(jìn)制數(shù)中

的一個位數(shù),其值為“0”或T,其英文名為“bit”。

字節(jié)：是計算機(jī)存儲容量的基本單位，計算機(jī)存儲容

量的大小是用字節(jié)的多少來衡量的。其英文名為

“byte”，通常用“B”表示。

字節(jié)經(jīng)常使用的單位還有KB（千字節(jié)）、MB（兆

字節(jié)）和GB（千兆字節(jié)）等，它們與字節(jié)的關(guān)系是：

1B=8bit

1KB=21OB=1024B

1MB=210X1KB=210X210B=1024KB

1GB=210X1MB=210X210X210B=1024MB

是計算機(jī)內(nèi)部作為一個整體參與運算、處理和

傳送的一串二進(jìn)制數(shù)，其英文名為“Word”。

字長：是計算機(jī)CPU一次處理數(shù)據(jù)的實際位數(shù)，是

衡量計算機(jī)性能的一個重要指標(biāo)。

字長越長，一次可處理的數(shù)據(jù)二進(jìn)制位越多，運算

能力就越強，計算精度就越高。

122軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)又可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟

件兩大類。

一、系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件是管理、監(jiān)控、維護(hù)計算機(jī)

資源(包括硬件與軟件)的軟件。包括：

⑴操作系統(tǒng)

⑵程序設(shè)計語言

⑶各種程序設(shè)計語言的處理程序

(4)工具軟件

二、應(yīng)用軟件

應(yīng)用軟件是用戶為了解決實際問題

而編制的各種程序。如各種工程計算、模

擬過程、輔助設(shè)計和管理程序、文字處理

和各種圖形處理軟件等等。

三、計算機(jī)語言

計算機(jī)語言：計算機(jī)能識別并執(zhí)行的信息符號代碼的指令集

合，根據(jù)其發(fā)展，可分為機(jī)器語言、匯編語

言、高級語言三類：

1、機(jī)器語言：用二進(jìn)制代碼直接表達(dá)的指令的語言，如加

法的指令代碼為0101011。用機(jī)器語言編寫

的程序稱為目標(biāo)程序，可讓計算機(jī)直接識別

并執(zhí)行。

優(yōu)點：計算機(jī)可以直接識別，執(zhí)行速度最快。

缺點：每條指令都由0、1代碼表示，不好記憶，易出錯。

2、匯編語言：用一些指令助計符（指令功能的英文縮寫，

如加法指令A(yù)DD,減法指令SUB）來表示機(jī)器語言每條指令的

語言。

盛：比機(jī)器語言易于記憶，不易出錯。

缺點：沒有從根本上減少指令，仍然繁瑣，不易移植，不

能直接被計算機(jī)執(zhí)行，必須經(jīng)過翻譯轉(zhuǎn)換成機(jī)器語

言。

3、高級語言：比較接近人類自然語言和數(shù)學(xué)描述的語言。

高級語言的一條指令的功能可以代替幾條、

幾十條匯編語言的指令功能。

優(yōu)點：簡便、易學(xué)、易記憶、通用性強，兼容性好，便于

移植（好學(xué)易用）。

缺點：不能直接被計算機(jī)識別，需要翻譯成機(jī)器語言，執(zhí)行

速度慢。

常見的高級語言：basic,pascal,c,c++,vc++等。

＞高級語言的翻譯方式：

?解釋程序：邊翻譯邊運行。

?翻譯程序：翻譯完后再運行。

每種高級語言都由一套與之相對應(yīng)的翻譯程序。

---------解釋程序--------

源程序----------------------'目標(biāo)程序

編譯程序---------

源程序的兩種翻譯方式

1.3信息編碼

1、數(shù)值在計算機(jī)中的表示

?什么是二進(jìn)制？

二進(jìn)制就是由0、1組成的編碼，其中0代表

非或否，1代表是或真。

由于計算機(jī)中的電子元器件一般只有兩種

狀態(tài)：導(dǎo)通或未導(dǎo)通，電壓高或低等等，所

以采用二進(jìn)制。

數(shù)據(jù)的表示

1.數(shù)制常識

?計算機(jī)中常用的數(shù)制（數(shù)的進(jìn)位制）：二進(jìn)制（0、1

代碼）、八進(jìn)制、十進(jìn)制十六進(jìn)制;

A計算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息是以二進(jìn)制的形式表示的；

＞進(jìn)位計數(shù)制

進(jìn)位計數(shù)制的兩個基本因素：進(jìn)位的基數(shù)，位的權(quán)數(shù)。

■

■

問■

?基數(shù):在某種進(jìn)位制中、用到的數(shù)碼

個數(shù)。

■十進(jìn)制：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9,

基數(shù)為10

基數(shù)為2

7基數(shù)為8

）、7、8、9、

基數(shù)為16

X

位的權(quán)數(shù)

?權(quán)數(shù)：在某種進(jìn)制中，每一位由該位上的基數(shù)表示，該位的

大小是該位的基數(shù)乘上一個有規(guī)律的數(shù)，這個有規(guī)律的數(shù)，

即是這一位的權(quán)數(shù)。

權(quán)數(shù)=Xa(X為進(jìn)制數(shù)，a為指數(shù))

■十進(jìn)制數(shù)123.4應(yīng)該表示成：

123.4=1X102+2X10^3X10°+4X10-1

■二進(jìn)制數(shù)(1001.1)2應(yīng)該表示為：

(1001.1)2=1X23+0X22+0X21+1X2°+1X2」

?十六進(jìn)制數(shù)(5A.8)16應(yīng)該表示為：

(5A.8)i6=5X161+AX16O+8X16-1

■分析(11011,101)2=???

常用數(shù)制間轉(zhuǎn)換的對照表

十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制

0000000

1000111

2001022

3001133

4010044

5010155

6011066

7011177

81000108

91001119

10101012A

11101113B

12110014C

13110115D

14111016E

15111117F

16100002010

2、常用數(shù)制間的轉(zhuǎn)換

(1)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成各種進(jìn)制數(shù)

a、十進(jìn)制二進(jìn)制

I丁世用J奴麻華圣姒郁刀也句＜1、奴郁刀，

轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時，將兩部分分別轉(zhuǎn)換，再用小數(shù)

點將兩部分連接起來。

整數(shù)部分的轉(zhuǎn)換除2取余法

除2取余法：將十進(jìn)制數(shù)連續(xù)除2,記下每次所得

的余數(shù)，直至商為3所得的余數(shù)倒敘排列即可。

例：將十進(jìn)制數(shù)358轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)。

第五節(jié)計算機(jī)中信息表示

余數(shù)

2358

2179_0

2B91

2441

2220

2110

251

221

24------0

1

(358)=(101100110)2

小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換——乘2取整法

乘2取整法:將十進(jìn)制的小數(shù)部分連續(xù)乘以2直至小數(shù)部分為0,將每次

積的整數(shù)部分記下，正莊排列即為二進(jìn)制的小數(shù)部分。若乘不盡，則按

要求保留位數(shù)。

例:將0.43轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)。(保留三位小數(shù))

0.43積的整數(shù)

X2

0?860

X2

1/721(0.43)=(0.011)2

0.72

X2

(358.43>(101100110.011)2

1.441

0.44

X2

(TK80

b、十進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換(法一)

將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八(十六)進(jìn)制，整數(shù)部分采用除8(16)取

余法，小數(shù)部分采用乘8(16)取整法。

⑵二、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開法

?按權(quán)展開法二、八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)是將每

種進(jìn)制數(shù)各位商的數(shù)乘以權(quán)數(shù)后相加，即得

十進(jìn)制數(shù)。

例1：將(111.02)2轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)

111.02=1X22+1X21+1X2°+0X2“2X2々=7.25

例2：將(25.34)8轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)

25.34=2X81+5X80+3X8-1+4X8?=21.4375

例3：將(5D.7)i6轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)

5D.7=5X16M3X16°+7X16、=93.4375

(3)二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換

a、二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制、十六進(jìn)制

二進(jìn)制八進(jìn)制

從小數(shù)點向兩邊每三位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為一位八進(jìn)制數(shù),

將轉(zhuǎn)換的數(shù)連起來即可。(小數(shù)點左邊不夠3位的，前邊補

0;小數(shù)點右邊不夠3位的，后邊補0。)

例：(110101.101)2

010.1W

■V

65.525.6

(110101.101)2=(65.5)8(10101.11)2=(25.6)8

從小數(shù)點向兩邊每四位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為一位十六進(jìn)制

數(shù)，將轉(zhuǎn)換的數(shù)連起來即可。

例:(1011011.011)2

0中1011.000

5B.6

(1011011.011)2=(5B.6)16

★十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)的方法(法二)：

先將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，再轉(zhuǎn)化成八進(jìn)制、十六

r進(jìn)制數(shù)。

b、八進(jìn)制、十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制

八進(jìn)制進(jìn)制將每一位八進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的3位

二進(jìn)制數(shù)。

例:(37.5)8

37.5

*▼?

011111.101(37.5)8=(11111.101)2

?十六進(jìn)制進(jìn)制將每一位十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的

4位二進(jìn)制數(shù)。

例:(2AE.D)i6

2AE.D

"T丁丁(2AE.D)16=(1010101110.1101)20010

10101110.1101

字符編碼

?計算機(jī)只能識別二進(jìn)制數(shù)碼信息，因此，一切非二進(jìn)制

數(shù)碼的信息，如各種字母、符號都需要用特定的二進(jìn)制編碼

進(jìn)行交換。

L字符編碼通常采用ASCII碼（美國標(biāo)準(zhǔn)信

息交換代碼），是一種“用七位二進(jìn)制數(shù)為一個字符”的編

碼

方案。它可以表示128個字符，其中包括數(shù)碼0?9,大寫英

文字母A?Z,小寫英文字母a?z,運算符號和一些控制功能

符號等。

在計算機(jī)中為了表示方便，在最高位加一位“0”湊足一個

字節(jié)，用8位二進(jìn)制數(shù)即一個字節(jié)表示一個字符。

2.漢字編碼漢字在計算機(jī)中的表示形式。

1.4微型計算機(jī)的硬件組成

1.CPU、內(nèi)存、接口和總線

接口：計算機(jī)主機(jī)與外部設(shè)備之間的橋梁,

實現(xiàn)計算機(jī)與外部設(shè)備之間交換信息的

重要工作。

按數(shù)據(jù)傳輸方式，分為串行接口和并行接

口。

主板是固定在計算機(jī)主機(jī)箱箱體上的一

塊電路板。

CMOS

主板電池

控制芯片